复杂粒子体系波束散射和目标激光距离多普勒成像的微运动特征分析

基于广义Mie理论，波束的角谱展开，各类矢量波函数相互转换和矢量场展开技术，加法定理与旋转加法定理，以及稳定收敛的计算方法，研究均匀/非均匀的各向同性与双各向同性、各向异性球形与非球形粒子的有限波束散射的解析解，粒子的单/多波束散射的辐射力与多粒子的结合力，以及多体/簇团粒子全极化波束散射。研究上述问题在生物细胞、大气环境检测、粒度分析、光镊、隐身和功能性材料、空间目标探测的应用。开展复杂地球大气环境中目标光散射建模与目标激光距离多普勒成像数值仿真。理论结合原理性实验，研究目标一维、二维距离多普勒成像和影响因素分析。根据运动目标激光距离像随几何形状、姿态变化，采用系统优化与分类算法，进行目标几何特征提取与识别。研究粗糙面散射的高阶矩与散斑特性，运动粗糙目标激光多普勒和动态散斑特性，以及目标微运动特征检测分析技术，为空间攻防对抗、目标识别提供目标光学特性的基础理论与技术支撑。

项目组首次提出了手征介质球和圆柱的平面波/波束散射系数的收敛稳定的迭代计算公式，发现线极化波入射时电大尺寸手征介质球/圆柱存在三个一阶彩虹散射结构，利用Ripple结构可以反演粒子尺寸参数与手征参数。率先系统研究了单轴各向异性介质球对非平行主轴任意方向入射平面波/波束的散射系数解析解，辐射力和扭矩以及影响因素；各向异性双球/任意聚集簇团球形粒子的波束散射特性和影响因素分析，以及双手征球的结合力。率先导出了手征球/各向异性球粒子对不同拓扑荷高阶Bessel波束、高阶厄米/拉盖尔-高斯波束散射的解析解，辐射力和扭矩。分析了波束参数、离轴位置、空间取向、拓扑荷，以及径向和方位向模阶数、各向异性介电参数张量元及粒子尺寸等对各向异性粒子上的横向和纵向辐射力和扭矩分布的影响。.项目组导出二维弱起伏均匀各向同性高斯粗糙面散射场的四阶矩和强度起伏相关函数。研究了凸二次回转体等复杂目标的激光一维距离像，以及基于地基观测不同视线角运动空间钝头锥形目标的激光一维距离像序列，反演目标的几何参数。设计了多姿态旋转运动目标的时序散斑测量系统。理论与实验结合，分析了旋转对称目标激光动态散斑时间统计特性。利用动态散斑时间相关函数，高精度地反演圆锥体的旋转角速度和视线角。.项目主要应用研究内容：率先系统研究了斜程湍流大气部分相干激光波束传输的闪烁、展宽和漂移、极化与退偏特性；双程湍流大气中漫射目标或任意粗糙目标、含镜反射点目标或角反射器阵列目标的激光回波特性。引入偏振双向反射分布函数，理论与试验结合，数值分析了多体缺陷与膜层/基片之间的复合光学散射特性，通过对微分散射截面的分布特征定位反演出球缺的位置和材质。上述研究为光学薄膜无损检测、微粒去除、微纳米结构的光学性能设计等领域提供理论依据。研究了多组份气溶胶凝聚粒子或簇团碳黑-硅酸盐等随机分布粒子团的散射与传输，以及晴空大气、云雾、降雨与气溶胶，以及簇团粒子的红外/THz波多重散射与传输衰减特性。研究复杂地球大气系统中空间目标的激光、光谱散射特性，为空间攻防对抗、目标识别提供目标光学特性的基础理论与技术支撑。